包括一個(gè)或多個(gè)金屬-電介質(zhì)濾光器的傳感器設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種包括一個(gè)或多個(gè)傳感器元件和一個(gè)或多個(gè)濾光器的傳感器設(shè)備。所述一個(gè)或多個(gè)濾光器中的每一個(gè)包括交替地堆疊的多個(gè)電介質(zhì)層和多個(gè)金屬層。金屬層內(nèi)在地由電介質(zhì)層保護(hù)。特別是，金屬層具有被一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層保護(hù)性地覆蓋的錐形邊緣。
【專利說明】包括一個(gè)或多個(gè)金屬-電介質(zhì)濾光器的傳感器設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包括一個(gè)或多個(gè)濾光器的傳感器設(shè)備，更具體地，涉及一個(gè)或多個(gè)金屬-電介質(zhì)濾光器。
【背景技術(shù)】
[0002]圖像傳感器是在成像設(shè)備(例如攝像機(jī)、掃描儀和復(fù)印機(jī))中使用，來將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以允許圖像捕獲的傳感器設(shè)備。圖像傳感器通常包括多個(gè)傳感器元件和布置在多個(gè)傳感器元件上的多個(gè)濾光器。彩色圖像傳感器包括布置在陣列(即，顏色濾光器陣列(CFA))中的多個(gè)顏色濾光器。CFA包括具有不同的顏色通帶的不同類型的顏色濾光器，例如紅色、綠色和藍(lán)色(RGB)濾光器。
[0003]按照慣例，使用染料形成的吸收濾光器被用作顏色濾光器。不幸的是，這樣的基于染料的顏色濾光器具有相對(duì)寬的顏色通帶，導(dǎo)致較不鮮艷的顏色?？商娲?，由堆疊的電介質(zhì)層形成的二向色濾光器(即，干涉濾光器)可用作顏色濾光器。這樣的全電介質(zhì)顏色濾光器具有較高的透射水平和較窄的顏色通帶，從而得到較亮和更鮮艷的顏色。然而，全電介質(zhì)顏色濾光器的顏色通帶在有入射角變化的情況下經(jīng)歷相對(duì)大的中心波長(zhǎng)偏移，導(dǎo)致在顏色上的不希望有的偏移。
[0004]此外，全電介質(zhì)顏色濾光器一般包括大量堆疊的電介質(zhì)層，并且相對(duì)厚。因此，全電介質(zhì)顏色濾光器制造起來昂貴和困難。特別是，全電介質(zhì)顏色濾光器難以用化學(xué)方法蝕亥IJ。剝離工藝因此優(yōu)選用于圖案化。在1992年6月9日授權(quán)的Hanrahan的美國(guó)專利號(hào)5，120，622中、在1998年I月27日授權(quán)的Buchsbaum的美國(guó)專利5，711，889中、在2001年5月29日授權(quán)的Edlinger等人的美國(guó)專利號(hào)6，238，583中、在2003年10月28日授權(quán)的Buchsbaum等人的美國(guó)專利號(hào)6，638，668中、以及在2010年I月19日授權(quán)的Buchsbaum等人的美國(guó)專利號(hào)7，648，808中，公開了用于圖案化全電介質(zhì)CFA的剝離工藝的例子，這些專利通過引用被并入本文。然而，剝離工藝通常被限制于濾光器間隔大約是濾光器高度的兩倍，這使難以實(shí)現(xiàn)適合于較小的彩色圖像傳感器的全電介質(zhì)CFA。
[0005]除了在顏色通帶中透射可見光以外，基于染料的顏色濾光器和全電介質(zhì)顏色濾光器還透射導(dǎo)致噪聲的紅外(IR)光。因此，彩色圖像傳感器一般還包括布置在CFA上的IR阻攔濾光器。按照慣例，由有色玻璃形成的吸收濾光器或由堆疊的電介質(zhì)層形成的二向色濾光器被用作IR阻攔濾光器。可替代地，由堆疊的金屬層和電介質(zhì)層形成的誘導(dǎo)透射濾光器可用作IR阻攔濾光器。在1997年7月15日授權(quán)的Sakamoto等人的美國(guó)專利號(hào)5，648，653中和在2006年11月7日授權(quán)的Ockenfuss等人的美國(guó)專利號(hào)7，133，197中，公開了金屬-電介質(zhì)IR阻攔濾光器的例子，這兩個(gè)專利通過引用被并入本文。
[0006]為了避免IR阻攔濾光器的使用，由堆疊的金屬和電介質(zhì)層形成的誘導(dǎo)透射濾光器可用作顏色濾光器。這樣的金屬-電介質(zhì)顏色濾光器是固有地IR阻攔的。一般地，金屬-電介質(zhì)顏色濾光器具有相對(duì)窄的顏色通帶，其在有入射角的變化的情況下波長(zhǎng)不發(fā)生明顯偏移。此外，金屬-電介質(zhì)顏色濾光器通常比全電介質(zhì)顏色濾光器薄得多。在1990年12月25日授權(quán)的McGuckin等人的美國(guó)專利號(hào)4，979，803中、在2000年2月29日授權(quán)的Wang的美國(guó)專利號(hào)6，031，653中、在2009年12月10日公開的Gidon等人的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?009/0302407中、在2011年8月25日公開的Grand的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?011/0204463中以及在2012年4月12日公開的Gidon等人的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?012/0085944中，公開了金屬-電介質(zhì)顏色濾光器，這些專利/專利申請(qǐng)通過引用被并入本文。
[0007]一般，在金屬-電介質(zhì)顏色濾光器中的金屬層是銀層，其在環(huán)境中是不穩(wěn)定的，并且在暴露于甚至少量水或硫時(shí)發(fā)生惡化。用化學(xué)方法對(duì)銀層進(jìn)行蝕刻使得銀層的邊緣暴露于環(huán)境，允許其惡化。因此，在大多數(shù)情況中，通過調(diào)節(jié)僅僅電介質(zhì)層的厚度，以便為金屬-電介質(zhì)顏色濾光器選擇不同的顏色通帶，來圖案化金屬-電介質(zhì)CFA。換句話說，具有不同的顏色通帶的不同類型的金屬-電介質(zhì)顏色濾光器需要有彼此相同數(shù)量的銀層和彼此相同厚度的銀層。不幸的是，這些要求嚴(yán)重限制金屬-電介質(zhì)顏色濾光器的可能光學(xué)設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供了不受這些要求約束的金屬-電介質(zhì)光濾光器，其特別適合于在圖像傳感器和其它傳感器設(shè)備中使用。
[0009]因此，本發(fā)明涉及傳感器設(shè)備，其包括:一個(gè)或多個(gè)傳感器元件；以及布置在一個(gè)或多個(gè)傳感器元件上的一個(gè)或多個(gè)濾光器，其中一個(gè)或多個(gè)濾光器中的每一個(gè)包括:多個(gè)電介質(zhì)層；以及與所述多個(gè)電介質(zhì)層交替地堆疊的多個(gè)金屬層，其中所述多個(gè)金屬層中的每一個(gè)在濾光器的周邊處具有由所述多個(gè)電介質(zhì)層中的一個(gè)或多個(gè)保護(hù)性地覆蓋的錐形邊緣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]將參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中:`[0011]圖1A是本發(fā)明的濾光器的第一實(shí)施例的橫截面的示意圖；
[0012]圖1B到IG示出了制造圖1A的濾光器的方法中的各個(gè)步驟；
[0013]圖2是本發(fā)明的濾光器的第二實(shí)施例的橫截面的示意圖；
[0014]圖3是多個(gè)濾光器的橫截面的示意圖；
[0015]圖4A是示例性紅色濾光器的層數(shù)、材料和厚度的表；
[0016]圖4B是示例性綠色濾光器的層數(shù)、材料和厚度的表；
[0017]圖4C是示例性藍(lán)色濾光器的層數(shù)、材料和厚度的表；
[0018]圖4D是示例性明視濾光器(photopic filter)的層數(shù)、材料和厚度的表；
[0019]圖5A和5B是圖4A到4C的示例性紅色、綠色和藍(lán)色濾光器的透射光譜的曲線；
[0020]圖5C是圖4D的示例性明視濾光器的在0°到60°的入射角下的透射光譜的曲線.-^4 ，
[0021]圖6A是圖4A到4C的示例性紅色、綠色和藍(lán)色(RGB)濾光器組的和常規(guī)的基于染料的RGB濾光器組的色域的曲線；
[0022]圖6B是圖4A的示例性紅色濾光器的和常規(guī)的全電介質(zhì)紅色濾光器的在0°到60°的入射角下的顏色軌跡的曲線；[0023]圖6C是圖4D的示例性明視濾光器的在0°到60°的入射角下的顏色軌跡的曲線.[0024]圖7是本發(fā)明的傳感器設(shè)備的第一實(shí)施例的橫截面的示意圖；以及
[0025]圖8是本發(fā)明的傳感器設(shè)備的第二實(shí)施例的橫截面的示意圖。
[0026]本發(fā)明的詳細(xì)描述
[0027]本發(fā)明提供了具有被保護(hù)的金屬層的金屬-電介質(zhì)濾光器，其特別適合于用在傳感器設(shè)備中。濾光器包括交替地堆疊的多個(gè)電介質(zhì)層和多個(gè)金屬層。金屬層由電介質(zhì)層內(nèi)在地保護(hù)。特別是，金屬層具有由一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層保護(hù)性地覆蓋的錐形邊緣。因此，金屬層增加了對(duì)環(huán)境惡化的抵抗性，導(dǎo)致更耐用的濾光器。
[0028]在一些實(shí)施例中，電介質(zhì)層和金屬層被堆疊，而沒有任何中間層。參考圖1A,布置在襯底110上的濾光器100的第一實(shí)施例包括交替地堆疊的三個(gè)電介質(zhì)層120和兩個(gè)金屬層130。每個(gè)金屬層130被布置在兩個(gè)電介質(zhì)層120之間并相鄰于這兩個(gè)電介質(zhì)層120,且從而被保護(hù)而不受環(huán)境影響。
[0029]金屬層130具有在濾光器100的周邊101處的錐形邊緣131。換句話說，金屬層130在濾光器100的整個(gè)中心部分102的厚度實(shí)質(zhì)上是均勻的，但在濾光器100的周邊101處的厚度逐漸變小。同樣，電介質(zhì)層120在濾光器100的整個(gè)中心部分102的厚度實(shí)質(zhì)上是均勻的，但在濾光器100的周邊101處的厚度逐漸變小。因此，濾光器100的中心部分102在高度上實(shí)質(zhì)上是均勻的，而濾光器100的周邊101是傾斜的。換句話說，濾光器100具有實(shí)質(zhì)上平的頂部和傾斜的側(cè)邊。
[0030]有利地，金屬層130的錐形邊緣131不暴露于環(huán)境。而是，金屬層130的錐形邊緣131由一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層120覆蓋。一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層120例如通過阻止硫和水?dāng)U散到金屬層130中來抑制金屬層130的環(huán)境惡化(例如腐蝕)。優(yōu)選地，金屬層130實(shí)質(zhì)上被電介質(zhì)層120封裝。更優(yōu)選地，金屬層130的錐形邊緣由相鄰的電介質(zhì)層120保護(hù)性地覆蓋，且金屬層130實(shí)質(zhì)上由相鄰的電介質(zhì)層120封裝。
[0031]參考圖1B到1G，濾光器100的第一實(shí)施例可通過剝離工藝來制造。具體參考圖1B，在第一步驟中，提供襯底110。具體參考圖1C，在第二步驟中，光致抗蝕層140被施加到襯底110上。一般地，通過旋涂或噴涂來施加光致抗蝕層140。
[0032]具體參考圖1D，在第三步驟中，光致抗蝕層140被圖案化，以暴露襯底110的將布置濾光器100的區(qū)域，即，濾光器區(qū)。襯底110的其它區(qū)域依然由圖案化的光致抗蝕層140覆蓋。一般地，通過首先借助于掩模使光致抗蝕層140的覆蓋襯底110的濾光器區(qū)的區(qū)域暴露于紫外(UV)光，并接著通過使用適當(dāng)?shù)娘@影劑或溶劑來顯影(S卩，蝕刻)光致抗蝕層140的暴露區(qū)域，來圖案化光致抗蝕層140。
[0033]光致抗蝕層140被圖案化，使得圍繞濾光器區(qū)的圖案化的光致抗蝕層140而形成懸突部141 (S卩，底切部)。一般地，懸突部141通過例如使用適當(dāng)?shù)娜軇┯没瘜W(xué)方法修改光致抗蝕層140的頂部來形成，使得頂部比光致抗蝕層140的底部顯影得更慢?？商娲?，懸突部141可通過將雙層光致抗蝕層140施加到襯底110來形成，雙層光致抗蝕層140由更慢地顯影的頂層和更快地顯影的底層組成。
[0034]具體參考圖1E，在第四步驟中，多層堆疊103被沉積在圖案化的光致抗蝕層140和襯底110的濾光器區(qū)上。布置在襯底110的濾光器區(qū)上的多層堆疊103的一部分形成濾光器100?？赏ㄟ^使用各種沉積技術(shù)來沉積相應(yīng)于濾光器100的層的多層堆疊103的層，這些沉積技術(shù)例如是:蒸發(fā)(例如熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、等離子體輔助蒸發(fā)或反應(yīng)離子蒸發(fā))；濺射(例如磁控濺射、反應(yīng)濺射、交流(AC)濺射、直流(DC)濺射、脈沖DC濺射或離子束濺射)；化學(xué)氣相沉積(例如等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積);以及原子層沉積。而且，可通過使用不同的沉積技術(shù)來沉積不同的層。例如，可通過金屬靶的濺射來沉積金屬層130，且在存在氧的情況下可通過金屬靶的反應(yīng)濺射來沉積電介質(zhì)層120。
[0035]因?yàn)閼彝晃?41遮蔽襯底110的濾光器區(qū)的周邊，所沉積的層朝向?yàn)V光器100的周邊101在厚度上逐漸變小。當(dāng)電介質(zhì)層120被沉積在金屬層130上時(shí)，電介質(zhì)層120不僅覆蓋金屬層130的頂表面,而且覆蓋金屬層130的錐形邊緣131,從而保護(hù)金屬層130不受環(huán)境影響。
[0036]具體參考圖1F，在第五步驟中，在圖案化的光致抗蝕層140上的多層堆疊103的一部分連同光致抗蝕層140 —起被移除，即，剝離。一般地，通過使用適當(dāng)?shù)膭冸x劑或溶劑來剝離光致抗蝕層140。濾光器100保持在襯底110的濾光器區(qū)上。襯底110可例如是常規(guī)傳感器元件。
[0037]應(yīng)注意，圖1B到IF的剝離工藝也可用于在襯底110上同時(shí)形成相同類型(即，具有相同的光學(xué)設(shè)計(jì))的多個(gè)濾光器100。而且，剝離工藝可重復(fù)，以便其后在同一襯底110上形成不同類型(即，具有不同的光學(xué)設(shè)計(jì))的一個(gè)或多個(gè)濾光器。因此，可在襯底110上形成濾光器陣列。襯底110可以例如是常規(guī)傳感器陣列。
[0038]參考圖1G，在可選的第六步驟中，額外的電介質(zhì)涂層150被沉積在濾光器100上?？赏ㄟ^使用之前提到的沉積技術(shù)之一來沉積電介質(zhì)涂層150。電介質(zhì)涂層150覆蓋濾光器100的中心部分102和周邊101，即，濾光器100的所有暴露的部分，從而保護(hù)濾光器100不受環(huán)境影響。
[0039]在其它實(shí)施例中，濾光器包括布置在電介質(zhì)層和金屬層之間的多個(gè)腐蝕抑制層，其進(jìn)一步保護(hù)金屬層。參考圖2，布置在襯底210上的濾光器200的第二實(shí)施例類似于濾光器100的第一實(shí)施例，但還包括插入在三個(gè)電介質(zhì)層220和兩個(gè)金屬層230之間的四個(gè)腐蝕抑制層260。
[0040]金屬層230中的每一個(gè)被布置在兩個(gè)腐蝕抑制層260之間且相鄰于這兩個(gè)腐蝕抑制層260，并因而進(jìn)一步被保護(hù)而不受環(huán)境影響。腐蝕抑制層260主要在沉積過程期間抑制金屬層230的腐蝕。特別是，腐蝕抑制層260保護(hù)金屬層230的在光路中的部分，阻止金屬層230的光學(xué)特性的惡化。優(yōu)選地，金屬層230的錐形邊緣231被相鄰的腐蝕抑制層260保護(hù)性地覆蓋，并被最接近的電介質(zhì)層220保護(hù)性地覆蓋。因此，金屬層230優(yōu)選地實(shí)質(zhì)上被相鄰的腐蝕抑制層260以及被最接近的電介質(zhì)層220封裝。
[0041]濾光器200的第二實(shí)施例可通過與用于制造濾光器100的第一實(shí)施例的剝離工藝類似的剝離工藝制造。然而，在第四步驟中沉積的多層堆疊的層相應(yīng)于濾光器200的層。特別是，腐蝕抑制層260在每個(gè)金屬層230之前和之后被沉積。有利地，腐蝕抑制層260在電介質(zhì)層220的沉積期間抑制金屬層230的腐蝕，即，氧化。
[0042]腐蝕抑制層260可通過使用之前提到的沉積技術(shù)之一被沉積為金屬化合物，例如金屬氮化物或金屬氧化物層?？商娲?，腐蝕抑制層260可通過首先使用之前提到的沉積技術(shù)之一沉積適當(dāng)?shù)慕饘賹?、并隨后氧化該金屬層來形成。優(yōu)選地，每個(gè)腐蝕抑制層260通過首先沉積適當(dāng)?shù)慕饘賹印⒀趸摻饘賹硬⒔又练e金屬氧化物層來形成。例如，腐蝕抑制層260可通過適當(dāng)金屬靶的濺射、接下來是氧化、再接下來是在存在氧的情況下適當(dāng)金屬靶的反應(yīng)濺射來形成。在美國(guó)專利號(hào)7，133，197中公開了形成腐蝕抑制層的方法的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
[0043]本發(fā)明的濾光器可具有各種光學(xué)設(shè)計(jì)。此后將更詳細(xì)地描述示例性濾光器的光學(xué)設(shè)計(jì)。通常，通過為特定的通帶選擇適當(dāng)?shù)膶訑?shù)、材料和/或厚度來優(yōu)化濾光器的光學(xué)設(shè)計(jì)。
[0044]一般地，濾光器包括2到6個(gè)金屬層、3到7個(gè)電介質(zhì)層和可選的4到12個(gè)腐蝕抑制層。通常，增加金屬層的數(shù)量提供了具有較陡的邊緣但具有較低的帶內(nèi)透射率的通帶。
[0045]光學(xué)設(shè)計(jì)中的第一層(即，沉積在襯底上的第一層)可以是金屬層或電介質(zhì)層。光學(xué)設(shè)計(jì)中的最后一層(即，沉積在襯底上的最后一層)通常是電介質(zhì)層。當(dāng)?shù)谝粚邮墙饘賹訒r(shí)，濾光器可由以(M/D) η的順序堆疊的η個(gè)金屬層(M)和η個(gè)電介質(zhì)層(D)組成，其中η≥2?？商娲兀瑸V光器可由以(C/M/C/D)n的順序堆疊的η個(gè)金屬層(Μ)、η個(gè)電介質(zhì)層(D)和2η個(gè)腐蝕抑制層(C)組成，其中η > 2。當(dāng)?shù)谝粚邮请娊橘|(zhì)層時(shí)，濾光器可由以D (Μ/D)n的順序堆疊的η個(gè)金屬層(M)和η+1個(gè)電介質(zhì)層(D)組成，其中η > 2?？商娲?，濾光器可由以D(C/M/C/D)n的順序堆疊的η個(gè)金屬層(Μ)、η+1個(gè)電介質(zhì)層(D)和2η個(gè)腐蝕抑制層(C)組成，其中η >2。
[0046]每個(gè)金屬層由金屬或合金組成。一般地，每個(gè)金屬層由銀組成?？商娲?，每個(gè)金屬層可由銀合金組成。例如，基本上由大約0.5重量百分比(wt%)的金、大約0.5wt%的錫，以及余量為銀(a balance of silver)組成的銀合金可提供提高的抗腐蝕性。通常但不是必要地，金屬層由相同的金屬或合金組成，但具有不同的厚度。一般地，每個(gè)金屬層具有在大約5nm和大約50nm之間、優(yōu)選地在大約IOnm和大約35nm之間的物理厚度。
[0047]每個(gè)電介質(zhì)層由電介質(zhì)材料組成。一般地，每個(gè)電介質(zhì)層由在可見光光譜區(qū)中透明的高折射率電介質(zhì)材料(即，具有在550nm下大于大約1.65的折射率的電介質(zhì)材料)組成。高折射率電介質(zhì)材料的適當(dāng)例子包括二氧化鈦(Ti02)、二氧化鋯(Zr02)、五氧化二鈮(Nb2O5)、五氧化鉭(Ta2O5)和它們的混合物。優(yōu)選地，高折射率電介質(zhì)材料也是UV吸收的，即，在近UV光譜區(qū)中吸收。例如，包括TiO2和/或Nb2O5或由TiO2和/或Nb2O5組成的高折射率電介質(zhì)材料可提供增強(qiáng)的UV阻攔，即，在近UV光譜區(qū)中的較低的帶外透射率。優(yōu)選地，高折射率電介質(zhì)材料具有在550nm下大于大約2.0、更優(yōu)選地在550nm下大于大約2.35的折射率。較高的折射率通常是合乎需要的。然而，當(dāng)前可用的透明高折射率電介質(zhì)材料通常具有在550nm下小于大約2.7的折射率。
[0048]通常但不是必要地，電介質(zhì)層由相同的電介質(zhì)材料組成，但具有不同的厚度。一般地，每個(gè)電介質(zhì)層具有在大約20nm和大約300nm之間的厚度。這個(gè)物理厚度被選擇為與光學(xué)設(shè)計(jì)所需要的四分之一波光學(xué)厚度(QWOT)相對(duì)應(yīng)。QWOT被定義為4nt，其中η是電介質(zhì)材料的折射率，而t是物理厚度。一般地，每個(gè)電介質(zhì)層具有在大約200nm和大約2400nm之間的QW0T。
[0049]每個(gè)可選的腐蝕抑制層由腐蝕抑制材料組成。一般地,腐蝕抑制層由腐蝕抑制電介質(zhì)材料組成。適當(dāng)?shù)母g抑制電介質(zhì)材料的例子包括氮化娃(Si3N4)、TiO2、Nb2O5、氧化鋅(ZnO)和它們的混合物。優(yōu)選地，腐蝕抑制電介質(zhì)材料是具有比金屬層的金屬或合金更高的伽伐尼電位(galvanic potential)的金屬的化合物,例如氮化物或氧化物。
[0050]腐蝕抑制層通常適當(dāng)?shù)乇?，以?shí)質(zhì)上避免對(duì)濾光器的光學(xué)設(shè)計(jì)作出貢獻(xiàn)，特別是當(dāng)它們?cè)诳梢姽夤庾V區(qū)中吸收時(shí)。一般地，每個(gè)腐蝕抑制層具有在大約0.1nm和大約IOnm之間、優(yōu)選地在大約Inm和大約5nm之間的物理厚度。在美國(guó)專利號(hào)7，133，197中公開了適當(dāng)?shù)母g抑制層的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
[0051]可選的電介質(zhì)涂層由電介質(zhì)材料組成。電介質(zhì)涂層可由相同的電介質(zhì)材料組成，并可具有與電介質(zhì)層同樣的厚度。一般地，電介質(zhì)涂層由與最后一個(gè)電介質(zhì)層相同的電介質(zhì)材料組成，并具有最后一個(gè)電介質(zhì)層的設(shè)計(jì)厚度(即，光學(xué)設(shè)計(jì)所需的厚度)的一部分的厚度。換句話說，光學(xué)設(shè)計(jì)的最后一個(gè)電介質(zhì)層在電介質(zhì)層和電介質(zhì)涂層之間分?jǐn)偂＠?，如果最后一個(gè)電介質(zhì)層具有設(shè)計(jì)厚度td，且電介質(zhì)涂層具有涂層厚度tc，例如250QW0T，則最后一個(gè)電介質(zhì)層的實(shí)際厚度ta由ta=td_tc給出。
[0052]參考圖3,濾光器300 —般具有濾光器高度h (即，濾光器300的中心部分離襯底310的高度),所述高度小于I μ m,優(yōu)選地小于0.6 μ m。此外一般地,濾光器300具有濾光器寬度w(即，濾光器300的中心部分的寬度)，所述寬度小于2 μ m、優(yōu)選地小于I μ m。有利地，當(dāng)通過剝離工藝形成多個(gè)濾光器300時(shí)，相對(duì)小的濾光器高度允許較小的濾光器間隔。一般地，濾光器300具有濾光器間隔d (即，在最接近的濾光器300的中心部分之間的間隔)，所述間隔小于2 μ m、優(yōu)選地小于I μ m。
[0053]濾光器是具有高帶內(nèi)透射率和低帶外透射率的金屬-電介質(zhì)帶通濾光器，即，誘導(dǎo)透射濾光器。一般地，濾光器具有大于大約50%的最大帶內(nèi)透射率,在大約300nm和大約400nm之間，即，在近UV光譜區(qū)中具有小于大約2%的平均帶外透射率，以及在大約750nm和大約IlOOnm之間，S卩，在紅外(IR)光譜區(qū)中具有小于大約0.3%的平均帶外透射率。通常，濾光器還具有低的角偏移，即，在從0°起的入射角變化的情況下的中心波長(zhǎng)偏移。一般地，對(duì)于中心在600nm處的濾光器,濾光器在60°入射角下具有在幅值上小于大約5%或小于大約30nm的角偏移。
[0054]在一些實(shí)施例中，濾光器是具有在可見光光譜區(qū)中的相對(duì)窄的顏色通帶的顏色濾光器。例如，濾光器可以是紅色、綠色、藍(lán)色、青色、黃色或紫紅色濾光器。在其它實(shí)施例中，濾光器是明視濾光器(photopic filter)，其具有在可見光光譜區(qū)中的明視通帶，S卩，模擬人眼對(duì)相對(duì)亮的光的光譜響應(yīng)的通帶。又在一些其它實(shí)施例中，濾光器是在可見光光譜區(qū)中具有相對(duì)寬的通帶的IR阻攔濾光器。
[0055]示例性紅色、綠色和藍(lán)色濾光器，S卩，示例性RGB濾光器組的光學(xué)設(shè)計(jì)(B卩，層數(shù)、材料和厚度)分別在圖4A、4B和4C中被制成表。示例性明視濾光器的光學(xué)設(shè)計(jì)在圖4D中被制成表。每種光學(xué)設(shè)計(jì)的層從沉積在襯底上的第一層起被編號(hào)。
[0056]每個(gè)金屬層由銀組成，并具有在大約13nm和大約34nm之間的物理厚度。每個(gè)電介質(zhì)層由高折射率電介質(zhì)材料(H)組成，并具有在大約240nm和大約2090nm之間的QWOT。例如，高折射率電介質(zhì)材料可以是在550nm下具有大約2.43的折射率的Nb2O5和TiO2的混合物。每個(gè)腐蝕抑制層由ZnO組成，且每層具有大約2nm的物理厚度。
[0057]當(dāng)高折射率電介質(zhì)材料在550nm下具有大約2.43的折射率時(shí)，紅色濾光器的濾光器高度為606nm，綠色濾光器的濾光器高度為531nm，藍(lán)色濾光器的濾光器高度為252nm，以及明視濾光器的濾光器高度為522nm。這些濾光器的高度明顯小于常規(guī)全電介質(zhì)濾光器的濾光器高度。
[0058]在圖5A和5B中繪制出示例性紅色、綠色和藍(lán)色濾光器的透射光譜570、571和572。示例性紅色濾光器的透射光譜570包括中心在大約620nm處的紅色通帶，示例性綠色濾光器的透射光譜571包括中心在大約530nm處的綠色通帶，以及示例性藍(lán)色濾光器的透射光譜572包括中心在大約445nm處的藍(lán)色通帶。
[0059]在圖5C中繪制出在0°到60°的入射角下的示例性明視濾光器的透射光譜573和574。在0°入射角下的示例性明視濾光器的透射光譜573包括中心在大約555nm處的明視通帶。在60°入射角下的示例性明視濾光器的透射光譜574中，明視通帶中心在大約520nm處。換句話說，在60°入射角下的示例性明視濾光器的角偏移為大約-25nm。
[0060]每個(gè)示例性濾光器具有大于大約60%的最大帶內(nèi)透射率。有利地,示例性濾光器提供相對(duì)于常規(guī)基于染料濾光器和全電介質(zhì)濾光器的提高的IR阻攔，減少了由IR泄漏引起的噪聲。具體地，每個(gè)示例性濾光器具有在大約750nm和大約IlOOnm之間(S卩，在IR光譜區(qū)中)的小于大約0.3%的平均帶外透射率。示例性濾光器，特別是示例性紅色濾光器還提供相對(duì)于一些常規(guī)金屬-電介質(zhì)顏色濾光器提高的UV阻攔，減少了由UV泄漏引起的噪聲。具體地，每個(gè)示例性濾光器具有在大約300nm和大約400nm之間(S卩，在近UV光譜區(qū)中)的小于大約2%的平均帶外透射率。
[0061]示例性RGB濾光器組的色域680連同常規(guī)的基于染料的RGB濾光器組的色域681一起繪制在圖6A中的CIE xy色度圖中，用于比較。有利地，示例性RGB濾光器組的色域680明顯大于常規(guī)的基于染料的RGB濾光器組的色域681。
[0062]在0°到60°的入射角下的示例性紅色濾光器的顏色軌跡682連同在0°到60°的入射角下的常規(guī)的全電介質(zhì)紅色濾波片的顏色軌跡683 —起繪制在圖6B中的CIE xy色度圖中。在0°到60°的入射角下的示例性明視濾光器的顏色軌跡684繪制在圖6C中的CIE xy色度圖中。有利地，不例性濾光器的角偏移明顯小于常規(guī)的全電介質(zhì)濾光器的角偏移。
[0063]本發(fā)明的濾光器當(dāng)被包括為傳感器設(shè)備的一部分時(shí)特別有用。所述傳感器設(shè)備可以是除了包括本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)濾光器以外還包括一個(gè)或多個(gè)傳感器元件的任何類型的傳感器設(shè)備。例如，所述傳感器設(shè)備可以是環(huán)境光傳感器、接近度傳感器或圖像傳感器。一個(gè)或多個(gè)傳感器元件可以是任何類型的常規(guī)傳感器元件。一般地，所述一個(gè)或多個(gè)傳感器兀件是光電傳感器，例如光電二極管、電荷稱合器件(CCD)傳感器兀件或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器元件。所述一個(gè)或多個(gè)傳感器元件可以是正面或背面照明的。
[0064]所述一個(gè)或多個(gè)濾光器被布置在一個(gè)或多個(gè)傳感器元件上，使得一個(gè)或多個(gè)濾光器過濾被提供到一個(gè)或多個(gè)傳感器元件的光。一般地，每個(gè)濾光器被布置在一個(gè)傳感器元件上。換句話說，傳感器設(shè)備的每個(gè)象素一般包括一個(gè)波光器和一個(gè)傳感器元件。優(yōu)選地，所述一個(gè)或多個(gè)濾光器被直接布置在一個(gè)或多個(gè)傳感器兀件上。例如，所述一個(gè)或多個(gè)濾光器可通過剝離工藝在一個(gè)或多個(gè)傳感器兀件上形成。然而，在一些實(shí)例中，可以有布置在一個(gè)或多個(gè)濾光器和一個(gè)或多個(gè)傳感器元件之間的一個(gè)或多個(gè)涂層。
[0065]在一些實(shí)施例中，傳感器設(shè)備包括單個(gè)傳感器元件和布置在傳感器元件上的單個(gè)濾光器。參考圖7,傳感器設(shè)備790的第一實(shí)施例包括傳感器兀件711和布置在傳感器兀件711上的濾光器700。例如,傳感器設(shè)備790可以是環(huán)境光傳感器,傳感器711可以是光電二極管，且濾光器700可以是明視濾光器，例如圖4D的示例性明視濾光器或IR阻攔濾光器。
[0066]在其它實(shí)施例中，傳感器設(shè)備包括多個(gè)傳感器兀件和布置在多個(gè)傳感器兀件上的多個(gè)濾光器。一般地，傳感器元件被布置成陣列。換句話說，傳感器元件形成傳感器陣列，例如光電二極管陣列、CCD陣列、CMOS陣列或任何其它類型的常規(guī)傳感器陣列。此外一般地，濾光器被布置成陣列。換句話說，濾光器形成濾光器陣列，例如顏色濾光器陣列(CFA)。優(yōu)選地，傳感器陣列和濾光器陣列是相應(yīng)的二維陣列，即，鑲嵌圖案(mosaics)。例如，陣列可以是具有行和列的矩形陣列。
[0067]通常，這些濾光器實(shí)質(zhì)上彼此分離。換句話說，濾光器的周邊通常彼此不接觸。然而，在一些實(shí)例中，濾光器的電介質(zhì)層可能無意地接觸，而金屬層特別是錐形邊緣保持彼此分離。
[0068]一般地，多個(gè)濾光器包括具有彼此不同的通帶的不同類型的濾光器。例如，多個(gè)濾光器可包括顏色濾光器，例如紅色、綠色、藍(lán)色、青色、黃色和/或紫紅色濾光器、明視濾光器、IR阻攔濾光器或其組合。在一些實(shí)施例中，多個(gè)濾光器包括形成CFA的不同類型的顏色濾光器。例如，多個(gè)濾光器可包括形成RGB濾光器陣列(例如Bayer濾光器陣列)的紅色、綠色和藍(lán)色濾光器，例如圖4A到4C的示例性紅色、綠色和藍(lán)色濾光器。
[0069]有利地，不同類型的濾光器可具有彼此不同數(shù)量的金屬層和/或不同厚度的金屬層。在一些實(shí)施例中，不同類型的濾光器中的至少兩個(gè)包括彼此不同數(shù)量的金屬層。在同一或其它實(shí)施例中，不同類型的濾光器中的至少兩個(gè)具有彼此不同的金屬層厚度。例如，圖4C的示例性藍(lán)色濾光器與圖4A和4B的示例性紅色和綠色濾光器具有不同數(shù)量的金屬層。而且，圖4A到4C的所有示例性紅色、綠色和藍(lán)色濾光器具有彼此不同的金屬層厚度。
[0070]參考圖8，傳感器設(shè)備890的第二實(shí)施例包括多個(gè)傳感器元件811和布置在多個(gè)傳感器元件811上的多個(gè)濾光器800和804。多個(gè)濾光器800和804包括具有第一通帶的第一類型的濾光器800和具有與第一通帶不同的第二通帶的第二類型的濾光器804。例如，傳感器設(shè)備890可以是圖像傳感器，多個(gè)傳感器元件811可形成CCD陣列，且多個(gè)濾光器800和804可形成Bayer濾光器陣列，圖中只示出其中一行的一部分。第一類型的濾光器800可以是綠色濾光器，例如示例性圖4B的示例性綠色濾光器，而第二類型的濾光器804可以是藍(lán)色濾光器，例如示例性圖4C的示例性藍(lán)色濾光器。
[0071]當(dāng)然，可設(shè)想很多其它實(shí)施例而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種傳感器設(shè)備,包括: 一個(gè)或多個(gè)傳感器元件；以及 一個(gè)或多個(gè)濾光器，所述一個(gè)或多個(gè)濾光器被布置在所述一個(gè)或多個(gè)傳感器兀件上，其中所述一個(gè)或多個(gè)濾光器中的每一個(gè)包括: 多個(gè)電介質(zhì)層；以及 與所述多個(gè)電介質(zhì)層交替地堆疊的多個(gè)金屬層，其中所述多個(gè)金屬層中的每一個(gè)在所述濾光器的周邊處具有由所述多個(gè)電介質(zhì)層中的一個(gè)或多個(gè)保護(hù)性地覆蓋的錐形邊緣。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)濾光器被直接布置在所述一個(gè)或多個(gè)傳感器元件上。
3.如權(quán)利要求2所述的傳感器設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)濾光器通過剝離工藝在所述一個(gè)或多個(gè)傳感器兀件上形成。
4.如權(quán)利要求1所述的傳感器設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)濾光器具有實(shí)質(zhì)上平的頂部和傾斜的側(cè)部。
5.如權(quán)利要求1所述的傳感器設(shè)備，其中所述多個(gè)金屬層中的每一個(gè)實(shí)質(zhì)上被所述多個(gè)電介質(zhì)層中的兩個(gè)最接近的電介質(zhì)層封裝。
6.如權(quán)利要求1所述的傳感器設(shè)備，其中所述多個(gè)金屬層中的每一個(gè)由銀組成。
7.如權(quán)利要求1所述的傳感器設(shè)備，其中所述多個(gè)電介質(zhì)層中的每一個(gè)由在550nm下具有大于大約2.0的折射率的 高折射率電介質(zhì)材料組成。
8.如權(quán)利要求7所述的 傳感器設(shè)備，其中所述高折射率電介質(zhì)材料是紫外吸收的，并且其中所述一個(gè)或多個(gè)濾光器中的每一個(gè)具有在大約300nm和大約400nm之間的小于大約2%的平均帶外透射率。
9.如權(quán)利要求1所述的傳感器設(shè)備，其中所述多個(gè)電介質(zhì)層中的每一個(gè)由二氧化鈦、二氧化鋯、五氧化二鈮、五氧化鉭或它們的混合物組成。
10.如權(quán)利要求1所述的傳感器設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)濾光器中的每一個(gè)還包括布置在所述多個(gè)電介質(zhì)層和所述多個(gè)金屬層之間的多個(gè)腐蝕抑制層。
11.如權(quán)利要求10所述的傳感器設(shè)備，其中所述電介質(zhì)層D、所述多個(gè)腐蝕抑制層C和所述多個(gè)金屬層M以D(C/M/C/D)n的順序堆疊，且其中η≤2。
12.如權(quán)利要求10所述的傳感器設(shè)備，其中所述多個(gè)腐蝕抑制層中的每一個(gè)由ZnO組成。
13.如權(quán)利要求1所述的傳感器設(shè)備，還包括保護(hù)性地覆蓋所述一個(gè)或多個(gè)濾光器的電介質(zhì)涂層。
14.如權(quán)利要求1所述的傳感器設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)濾光器是一個(gè)或多個(gè)顏色濾光器、明視濾光器、紅外阻攔濾光器或它們的組合。
15.如權(quán)利要求1所述的傳感器設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)傳感器元件由多個(gè)傳感器元件組成，且其中所述一個(gè)或多個(gè)濾光器由多個(gè)濾光器組成。
16.如權(quán)利要求15所述的傳感器設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)傳感器元件被布置成二維陣列，且其中所述多個(gè)濾光器被布置成相應(yīng)的二維陣列。
17.如權(quán)利要求15所述的傳感器設(shè)備，其中所述多個(gè)濾光器實(shí)質(zhì)上彼此分離。
18.如權(quán)利要求15所述的傳 感器設(shè)備，其中所述多個(gè)濾光器包括不同類型的濾光器，所述不同類型的濾光器具有彼此不同的通帶。
19.如權(quán)利要求18所述的傳感器設(shè)備，其中所述不同類型的濾光器中的至少兩個(gè)包括彼此不同數(shù)量的金屬層。
20.如權(quán)利要求18所述的傳感器設(shè)備，其中所述不同類型的濾光器中的至少兩個(gè)具有彼此不同的金屬層厚度。
【文檔編號(hào)】H01L27/146GK103887318SQ201310704361
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月19日
【發(fā)明者】喬治·J.·歐肯法斯 申請(qǐng)人:Jds尤尼弗思公司